Широкополосная антенна

Полезная модель относится к антенной технике, а именно, к несимметричным штыревым антеннам с вертикальной поляризацией и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости. Предлагаемая полезная модель позволяет расширить нижнюю часть рабочего диапазона частот до 27 МГц. 1 н.п.ф., 4 з.п.ф., 3 илл.

Полезная модель относится к антенной технике, а именно, к несимметричным штыревым антеннам с вертикальной поляризацией и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости. Полезная модель может использоваться в качестве передающей и приемной антенны для радиосвязи, с портативными, носимыми, возимыми и стационарными радиостанциями.

Предлагаемая широкополосная антенна превосходит существующие антенны широкой рабочей полосой частот (отношение верхней рабочей частоты к нижней fmax:fmin может достигать 20:1). Кроме того, антенна имеет во всей полосе частот коэффициент усиления, достижимый обычно только узкополосными антеннами, работающими на одном частотном диапазоне (участке диапазона).

Известны следующие принципы построения варианты конструктивного исполнения несимметричных широкополосных антенн с круговой диаграммой направленности и вертикальной поляризацией:

1 - дискоконусная антенна

2 - антенна с элементами согласования, распределенными по всей длине полотна.

3 - антенна с широкополосным согласующим устройством в начале полотна, которое обеспечивает согласование входного сопротивления антенны в рабочей полосе частот.

Дискоконусная антенна имеет большие размеры, что делает ее неудобной при использовании с портативными и носимыми радиостанциями. Кроме того, отношение верхней рабочей частоты к нижней fmax: fmin обычно не более, чем 5:1.

Известные антенны, построенные по принципам 2 и 3, имеют малый коэффициент усиления, особенно в нижней части рабочего диапазона. Это вызвано тем, что в согласующих цепях кроме реактивных элементов (индуктивностей и емкостей) используются активные (резистивные) нагрузки, вносящие существенные потери мощности сигнала.

Аналогом, наиболее близким по параметрам, является антенна фирмы Trival antene AD-25/CW-3512. Источник информации: http://www.trival-antennas-masts.com/datoteke/Ad-25-cw-3512.pdf

Указанная антенна работает в диапазоне частот 30-512 МГц и наиболее близка по назначению и размерам к антенне, предлагаемой в качестве полезной модели.

Из данных производителя известно, что коэффициент усиления антенны AD-25/CW-3512 в диапазоне рабочих частот меняется от -17 дБ до -2 дБ.

Антенна построена с использованием широкополосного согласующего устройства, в котором применен резистор для получения приемлемого значения коэффициента стоячей волны (КСВ). Однако, недостаток данной антенны заключается в том, что такой принцип построения препятствует получению высокого коэффициента усиления.

В основу настоящей полезной модели положена задача создания конструкции широкополосной антенны, позволяющей добиться высокого коэффициента усиления в диапазоне частот 27-550 МГц при значении КСВ, не превышающем 3,5.

Поставленная задача достигается тем, что широкополосной антенны, которая состоит из высокочастотного разъема 1, к контактам которого посредством коаксиального кабеля 2 подключается широкополосный трансформатор на длинных линиях 3, обеспечивающий трансформацию сопротивлений с коэффициентом 1:4, к выходу которого для лучшего согласования в нижней части рабочего диапазона подключен параллельный колебательный контур, соединенный с основным антенным полотном 7, причем параллельный колебательный контур выполнен из коаксиального кабеля 4 длиной 170-180 мм, проходящего внутри полой части 5 полотна, центральная жила кабеля 4 с одной стороны присоединена к основному антенному полотну 7, а с другой - к выходу трансформатора 3, оплетка коаксиального кабеля 4 со стороны основного антенного полотна 7 присоединена к центральной жиле, а место их соединения присоединено к верхнему торцу полой части полотна 5, оплетка коаксиального кабеля 4 со стороны трансформатора 3 присоединена к нижнему торцу полой части полотна 5, а между указанными выше двумя точками соединения включается конденсатор 6 номиналом 430 пФ. Кроме этого полая часть полотна 5 может быть выполнена как гибкой (в виде пружины), так и жесткой (в виде отрезка трубки).

Для пояснения предполагаемой полезной модели предложены следующие чертежи.

На фиг.1 Конструкция антенны диапазона 35-550 МГц.

На фиг.2 Конструкция широкополосного трансформатора.

На фиг.3 Конструкция антенны с расширенным диапазоном частот 27-550 МГц.

Пример конструкции антенны диапазона 35-550 МГц приведен на фиг.1.

Антенна состоит из высокочастотного разъема 1, к контактам которого посредством коаксиального кабеля 2 подключается широкополосный трансформатор 3.

Пример конструкции широкополосного трансформатора 3 показан на фиг.2. Трансформатор выполнен на длинных двухпроводных линиях волновым сопротивлением 100 Ом.

Трансформатор состоит из 2-х идентичных отрезков двухпроводных линий 8 и 9, из которых один отрезок намотан кольцевом на ферритовом сердечнике 10, а другой - на изоляционном каркасе 11. На входе трансформатора линии соединяются параллельно, на выходе - последовательно, что обеспечивает трансформацию сопротивлений с коэффициентом 1:4.

К выходу широкополосного трансформатора подключается антенное полотно 12. Для обеспечения нормального согласования с помощью вышеописанного метода полотно антенны должно быть изготовлено из плоской металлической ленты шириной не менее 16 мм, или из стержня (трубки) круглого сечения с диаметром также не менее 16 мм.

Пример конструкции с расширенным диапазоном частот (27-550 МГц) приведен на фиг.3. Дополнительно к вышеописанному способу, для лучшего согласования в нижней части рабочего диапазона используется параллельный колебательный контур, конструктивно выполненный на части полотна антенны.

Антенна также состоит из высокочастотного разъема 1, к контактам которого посредством коаксиального кабеля 2 подключается широкополосный трансформатор 3.

К выходу трансформатора подключается коаксиальный кабель 4. Кабель проходит внутри полой части 5 полотна антенны. Полая часть полотна может быть выполнена как гибкой (в виде пружины), так и жесткой (в виде отрезка трубки).

Оплетка кабеля 4 присоединяется внизу к полой части 5 полотна.

Центральный проводник кабеля 4 присоединяется к выходу трансформатора 3.

Между указанными выше двумя точками соединения включается конденсатор 6.

На верхнем конце кабеля 4 центральная жила и оплетка спаиваются вместе и эта точка соединяется с верхним торцом полой части полотна. Сюда же присоединяется основная часть 7 полотна. Таким образом, получается параллельный колебательный контур, состоящий из конденсатора 6, части 5 полотна антенны и отрезка коаксиального кабеля 4. Указанный контур обеспечивает согласование выходного импеданса трансформатора 3 и входного сопротивления полотна антенны в области нижних частот (27-35 МГц) рабочего диапазона.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет расширить нижнюю часть рабочего диапазона частот до 27 МГц.

Литература

1. Ротхаммель К. Антенны: Пер. с нем. - 3-е изд., доп. - М.: Энергия, 1979.

2. Сверхширокополосные антенны. Сб. статей. Пер. с англ. Под ред. Л.С. Бененсона. М, «Мир», 1964.

3. http://www.trival-antennas-masts.com/datoteke/Ad-25-cw-3512.pdf.

1. Широкополосная антенна, состоящая из высокочастотного разъема 1, к контактам которого посредством коаксиального кабеля 2 подключается широкополосный трансформатор 3, обеспечивающий трансформацию сопротивлений с коэффициентом 1:4, к выходу которого подключен параллельный колебательный контур, соединенный с основным антенным полотном 7, отличающаяся тем, что для лучшего согласования в нижней части рабочего диапазона параллельный колебательный контур конструктивно выполнен из коаксиального кабеля 4, проходящего внутри полой части полотна антенны 5, центральная жила которого с одной стороны присоединена к основному антенному полотну 7, а с другой - к выходу трансформатора 3, оплетка коаксиального кабеля 4 со стороны антенного полотна присоединена к центральной жиле, а место их соединения присоединено к верхнему торцу полой части полотна 5, оплетка коаксиального кабеля 4 со стороны трансформатора 3 присоединена к нижнему торцу полой части полотна 5, а между указанными выше двумя точками соединения включается конденсатор 6.

2. Широкополосная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что конденсатор 6 имеет номинал 430 пФ.

3. Широкополосная антенна по п. 2, отличающаяся тем, что нижняя часть рабочего диапазона составляет 27-550 МГц.

4. Широкополосная антенна по п. 3, отличающаяся тем, что коаксиальный кабель 4 имеет длину 170-180 мм.

5. Широкополосная антенна по п. 4, отличающаяся тем, что полая часть полотна 5 может быть выполнена как гибкой, так и жесткой.